桥梁工程机制砂混凝土泵送技术分析

范鹿华、张强

（抚州市公路事业发展中心黎川分中心，江西黎川344600）

0 引言

机制砂混凝土具有超高的生产效率以及较强的物理力学性能优势，并且在具体的工程项目中可以进行颗粒级配以及细度模数的灵活调整。机制砂混凝土的应用优势在地理位置偏远以及缺乏天然砂矿资源的地区更加显著。但是，机制砂由于自身的特性也比较容易对施工设备造成堵管故障，对施工质量造成一定的影响。本文将在桥梁工程的实际应用中，探讨机制砂混凝土的原材料配比技术以及泵送设备管道的应用技术，给出有效解决堵管问题的针对性预防措施及方案。

1 工程概况

本文的目标工程——江西合同工程，该合同段高速公路全长6000m，大型桥梁6座、中型桥梁1座，桥梁长度在全路段中占比33.48%。由于大桥所在的建设区域符合地理位置偏远及天然砂矿资源缺乏的特征，加上项目存在较多的可再利用石方资源，出于对桥梁施工进度及施工技术的需求，决定选用机制砂作为桥梁施工的原材料以及使用混凝土泵送作为浇筑技术支持。

2 毛石料选取

2.1 地勘取样检测

通过坑槽探方技术进行石料的前期勘探以及取样工作。

2.2 挑选毛石

在砂石的应用中，机制砂的质量水平取决于母岩的质量。因此，矿山的前期勘测评估工作不能忽视，应尽量选择土薄泥少的矿山，并保证所选矿井的母岩具有较高的强度和较好的完整性。在母岩的取样检测环节中应及时检测其是否具有潜在的碱-骨料反应性，优先选用质地坚硬且无颗粒性和风化现象的花岗岩及玄武岩等。另外，砂石矿的选用还应遵循高质量及高性价比原则，通过质检小组进一步对砂石源进行监控[1]。

2.3 骨料破碎

砂石加工工艺大多采用二次粉碎+筛分方式，在骨料级配的调整及颗粒形状的控制方面比较薄弱。根据具体情况可以通过进行“双除泥、双反、双冲击、双循环、双分离粉”砂骨料加工技术等工艺环节的改善解决该问题，提高砂石原材料在使用中的质量和稳定性能。在传统工艺中存在的粉尘及水污染和废物丢弃问题，可以从关闭半成品和成品筒仓并设置回收措施方面得到有效改善。破碎和成型工艺首先应用颚式破碎机进行首次的母岩预破碎，使反击式破碎机的生产压力得到有效降低。之后才使用反击式破碎机进行母料的二次破碎工作，加大骨料的微裂纹，便于骨料在微裂纹中得以进一步破碎。最后再使用冲击式破碎机完成骨料的第三次破碎以及最后的成型工艺（见图1）。

图1 破碎现场图

2.4 碎石清洗

执行粗碎工艺之前，应通过棒状进料机和除砂筛网将粒度小于30mm的母岩和土壤筛除出来，之后再通过除砂筛网将粒度小于10mm的骨料筛除出来并完成粗碎处理。在中等破碎处理出骨料中的土壤和碎石后，应保持骨料的MB值维持在0.5以下。最后还需要做一遍碎石的清洗工作，清洗现场见图2。

图2 碎石清洗

2.5 材料检测

第一，在细骨料的检测中，应保持细骨料在混凝土中的占比小于15%，同时使用规格为0.315mm的筛网对细骨料进行筛分，对筛选出来的砂料进行清洗，使细骨料的粉尘水平在7%以下。

第二，粗骨料的检测需要结合工程实际需求进行调整，依据泵送高度要求调整砂料的实际粒径需求。当泵送高度在50m以内时，粒径与输送管的比值应在1∶2.5；高度在50～100m时，比值控制在1∶3～1∶4；当高度超过100m时，比值需要控制到1∶4～1∶5。另外，针片状与高一级粒径的骨料占比也应进行严格控制，控制针片状骨料占比小于4%；高一级粒径骨料的比例小于2%[2]。

第三，原材料选择。

其一，水泥在选择上应优先选择富裕系数为1.1的P·O42.5普通硅酸盐水泥。

其二，粗骨料要根据工程施工的实际需求选择107MPa强度的石灰岩，并合理应用所产出的碎石粒径及配比度。

其三，细骨料要根据细度模数和石灰含量的具体使用需求进行选择，具体的细度模数需要达到3.6的要求，而石灰占比应达到7%的水平。

其四，水在应用要求中主要用于混凝土的制作和搅拌，只要达到施工要求的干净水源即可。

其五，粉煤灰掺和料应达到一级水平。

其六，减水剂的选用中应保证减水剂的胶水效率达到30%标准。

第四，机制砂混凝土在应用前还需要进行配合比试验。通过机制砂混凝土中的机制砂和水泥量的科学配比试验来最大化提高整体性能，发挥机制砂混凝土的优势，提高其黏性与保水性，从而杜绝坍落现象的发生。在该桥梁工程中具体的机制砂混凝土配置比方案如表1所示。

表1 施工配合比 单位：kg

3 机制砂混凝土的泵送设备及管道布置

3.1 泵送设备

本文的目标桥梁使用的泵体为三一重工的HBT80C混凝土泵。该泵的管道内径规格为125mm，输送管道之间的衔接使用专控管卡连接，实际的混凝土输送上限为150m。该混凝土泵的除尘模式采用的是布袋式除尘系统。除尘系统主要由一级除尘、布袋除尘器和变频引风机以及专用管道构成。一级除尘主要负责大颗粒细集料的收集，布袋除尘器负责将粉尘控制在5%～15%之间，而变频引风机则完成粉尘的最后控制，从而有效降低施工环节中的扬尘量。

3.2 泵管布置的相关要求

泵管的布置主要由锥管、弯管和直管以及软管完成从出料口到进模板仓的系统连接。

第一，架设泵送管道时应尽量保持腾空，从而便于管道的安装、调试及拆卸工作，同时泵送管的连接处和弯管部分应进行针对性的加密紧固措施，减少泵管出现摆动的概率，预防由于泵管摆动造成的安全隐患。

第二，泵送高压管道的检修维护工作也应得到重视，对存在安全隐患及引起质量缺陷的部件进行及时的检修更换。

第三，在进行机制砂混凝土的泵送前要对泵送管道进行严格的质量检查，有效排除泵送管道在施工过程中出现因密闭不良造成的喷射、漏水现象[3]。

第四，入仓处的软管应得到水平防止，避免在浇筑过程中由于不规范操作出现管道甩尾伤人事故。

第五，在季节变换时还应适当调整混凝土在泵送过程中的温度，改善混凝土在泵送过程中由于温度波动造成的干裂影响。

第六，泵管的管径在施工过程中也要保持一致，在施工前应进行严格的检查，对存在质量缺陷以及管径不一致的泵管进行修复或更换工作。

3.3 管道布设

管道的布设工作应具备一定的前瞻性，全面考虑管道在安装、使用以及拆卸过程中可能导致的安全隐患，减少软管及弯管的使用频率，从而控制管内阻力或逆流压力带来的安全隐患，进一步保障施工的安全展开。

第一，管道需要水平设置，由于机制砂混凝土主要利用压力进行输送，只有将泵送管道围绕上坡方向进行布置才能避免泵机压力供给过载影响混凝土的泵送工作。

第二，泵管的垂直向上布置。混凝土逆流以及堵管主要出现在停泵以及换向阀吸入混凝土的过程中，可以通过以下措施进行改善：首先，增加水平管道的增加布设，同时使水平管道的总长度在所有管道长度的20%以上，水平管道的管壁会与混凝土起到摩擦作用从而缓解管内的逆流压力。其次，插阀的合理设置可以在施工场地限制，或水平管道增设措施无法解决混凝土逆流问题时，通过插阀的通闭来有效控制逆流的进一步影响。

第三，混凝土在倾斜向下的管道中泵送时会因为混凝土的自重而出现自流的情况。技术人员可以在确保混凝土质量的前提下，合理调整混凝土的坍落度性能，以此进行有效应对。如因施工工艺要求必须使用坍落度较大的混凝土进行浇筑，可以使用海绵球装入泵送管道中承受混凝土自流产生的压力，从而避免导管出现空腔现象。另外，在向下倾斜度达到4～7°的导管中，泵送混凝土还会出现混凝土的骨料堆垒以及离析现象，从而造成管道的堵塞问题。通过下泄管道的上端位置增设排气阀把泵管的空气及时排出可以有效解决这一问题[4]。

4 施工中造成的堵管原因和预防措施

4.1 地泵输送管水平距离不够容易造成堵管

在混凝土的输送过程中，换向输送和输送停止时都会对管道内的混凝土造成重力推动现象形成逆流压力，并且逆流压力与管内输送的混凝土高度成正比。逆流压力会影响混凝土的容积率，从而直接影响混凝土的泵送量，另外逆流还是造成管道堵塞的主要原因。在施工过程加大垂直导管下方的水平管道铺设长度，以及在出料口进行弯管的增设从而增加摩擦力，这两种方法都可以使混凝土逆流现象得到有效改善与缓解。

4.2 混凝土间歇超时造成堵管

如混凝土输送过程中出现在管道内滞留的情况，则会使混凝土中的水分快速流失，对下次混凝土的泵送形成弯处堆积，最终造成输送管道的堵塞问题。所以，混凝土运输车必须严格控制运输时间，若混凝土运输车出现长时间的空挡期，应及时停止混凝土的泵送，等待混凝土运输车重新建立连续性运输。在混凝土车的输送停滞期间要每隔10min启动一次地泵，使其工作2min并往复循环，解决在泵送管道中出现长时间滞留的问题。

4.3 混凝土离析造成堵管

在混凝土与骨料的混合状态中，骨料会由于自身重量原因往底部沉积，而砂浆则往上方漂浮，造成混凝土的不均匀状态。由长期的工程施工经验总结中可知，高坍落度的混凝土在进行长距离的泵送时比较容易出现这一现象并造成堵管问题，出现离析问题的原因主要是大坍落度的混凝土骨料与泥浆比较容易失去黏合性。在进行此类混凝土的泵送过程中，骨料与管壁的摩擦力会大于泥浆与管壁的摩擦力，骨料在前进过程中会比泥浆慢，从而在转弯处容易出现堆积造成堵管。从以下几点着手可以改善混凝土离析造成的堵管问题：

首先，混凝土的离析有可能是水量过多或减水剂用量过多等原因造成的。拌和站在混凝土的搅拌过程中应对供水设备以及减水剂输送设备进行检测，确保用水量及减水剂的使用量符合混凝土的使用工艺要求。

其次，在混凝土泵送作业前应检验混凝土的离析现象，如发现发生离析现象的混凝土应及时停止混凝土的泵送，并将不合格混凝土退回拌和站，同时也可以添加添加剂促进混凝土符合使用要求。

最后，在混凝土的泵送作业过程中发现压力表出现骤然上升的情况，并超过压力行程的2/3时，应根据施工的实际情况采取紧急应对措施。若向上输送混凝土则需要进行反泵操作，保证骨料和泥浆能够及时通过自重及重力返回料斗内，同步及时清理管道内的残留混凝土。如管道向下或平行输送混凝土，则选择堆积易发区进行拆卸排料操作，将堆积的骨料及时排出[5]。

5 结语

综合以上分析，在桥梁工程施工的过程中，机制砂混凝土泵送技术能够在交通不方便的区域下进行施工，减少运输所产生的费用。在往后桥梁工程项目施工阶段要根据项目的特点，对机制砂混凝土泵送技术的方案进行科学选择，同时在应用该技术时还要做好材料性能的检测，确保各方面的参数达到施工要求，如此才能为桥梁工程的开展奠定基础。